As tecnologias de fonte de alimentação ininterrupta (UPS) têm sido usadas em diversas aplicações há muitos anos para apoiar a operação contínua de cargas importantes durante interrupções de energia da rede. Esses sistemas têm sido usados ​​em muitos locais diferentes para fornecer imunidade adicional contra interrupções da rede que interferem na operação de cargas definidas. Os sistemas UPS são frequentemente usados ​​para proteger computadores, instalações informáticas e equipamentos de telecomunicações. Com a recente evolução das novas tecnologias energéticas, os sistemas de armazenamento de energia (ESS) proliferaram rapidamente. Os ESS, especialmente aqueles que utilizam tecnologias de baterias, são normalmente fornecidos por fontes renováveis, como a energia solar ou eólica, e permitem o armazenamento da energia produzida por estas fontes para utilização em momentos diferentes.

O atual padrão ANSI dos EUA para UPS é UL 1778, o padrão para sistemas de energia ininterrupta. e CSA-C22.2 No. 107.3 para o Canadá. UL 9540, o Padrão para Sistemas e Equipamentos de Armazenamento de Energia, é o padrão nacional americano e canadense para ESS. Embora tanto os produtos UPS maduros como os ESS produzidos em rápida evolução tenham alguns pontos em comum em termos de soluções técnicas, operações e instalação, existem diferenças importantes. Este documento analisará as diferenciações críticas, delineará os requisitos de segurança de produto aplicáveis ​​associados a cada uma e resumirá como os códigos estão evoluindo no tratamento de ambos os tipos de instalações.

ApresentandoUPS

Formação

Um sistema UPS é um sistema elétrico projetado para fornecer energia instantânea e temporária baseada em corrente alternada para cargas críticas em caso de falha da rede elétrica ou de outros modos de falha da fonte de alimentação principal. O UPS é dimensionado para fornecer uma continuação instantânea de uma quantidade predeterminada de energia por um período específico. Isto permite que uma fonte de energia secundária, por exemplo, um gerador, fique on-line e continue com energia reserva. O UPS pode desligar com segurança cargas não essenciais enquanto continua a fornecer energia para cargas de equipamentos mais importantes. Os sistemas UPS têm fornecido este suporte crítico para diversas aplicações há muitos anos. Um UPS utilizará energia armazenada de uma fonte de energia integrada. Normalmente é um banco de baterias, um supercapacitor ou o movimento mecânico de um volante como fonte de energia.

Um UPS típico que utiliza um banco de baterias para alimentação consiste nos seguintes componentes principais:

Retificador/carregador – Esta seção do UPS pega a alimentação CA, retifica-a e produz uma tensão CC usada para carregar as baterias.

• Inversor – No caso de falha na alimentação da rede elétrica, o inversor converterá a energia CC armazenada nas baterias em saída de energia CA limpa e adequada para o equipamento suportado.

• Chave de transferência – Um dispositivo de comutação automático e instantâneo que transfere energia de diversas fontes, por exemplo, rede elétrica, inversor UPS e gerador, para uma carga crítica.

• Banco de baterias – Armazena a energia necessária para que o UPS desempenhe a função pretendida.

Padrões atuais para sistemas UPS

• O atual padrão ANSI dos EUA para UPS é UL 1778/C22.2 No. 107.3, o Padrão para Sistemas de Energia Ininterrupta, que define um UPS como “uma combinação de conversores, interruptores e dispositivos de armazenamento de energia (como baterias) constituindo um sistema de energia sistema para manter a continuidade da energia para uma carga em caso de falha de energia de entrada.”

• Em desenvolvimento estão novas edições da IEC 62040-1 e IEC 62477-1. UL/CSA 62040-1 (usando UL/CSA 62477-1 como padrão de referência) será harmonizado com esses padrões.

Apresentando armazenamento de energia sistemas (ESS)

Os ESS estão ganhando força como resposta a uma série de desafios enfrentados pela disponibilidade e

confiabilidade no mercado de energia atual. Os ESS, especialmente aqueles que utilizam tecnologias de baterias, ajudam a mitigar a disponibilidade variável de fontes renováveis, como a energia solar ou eólica. Os ESS são uma fonte de energia confiável durante horários de pico de uso e podem auxiliar no gerenciamento de carga, flutuações de energia e outras funções relacionadas à rede. ESS são usados ​​para aplicações de utilidade pública, comerciais, industriais e residenciais.

Padrões atuais para ESS

UL 9540, o Padrão para Sistemas e Equipamentos de Armazenamento de Energia, é o padrão nacional americano e canadense para ESS.

• Publicada pela primeira vez em 2016, a UL 9540 inclui múltiplas tecnologias para ESS, incluindo sistemas de armazenamento de energia de bateria (BESS). A UL 9540 também abrange outras tecnologias de armazenamento: ESS mecânico, por exemplo, armazenamento em volante emparelhado com um gerador, ESS químico, por exemplo, armazenamento de hidrogênio emparelhado com um sistema de célula de combustível, e ESS térmico, por exemplo, armazenamento de calor latente emparelhado com um gerador.
• A UL 9540, sua segunda edição, define um sistema de armazenamento de energia como “Equipamento que recebe energia e, em seguida, fornece um meio de armazenar essa energia de alguma forma para uso posterior, a fim de fornecer energia elétrica quando necessário”. A segunda edição da UL 9540 exige ainda que um BESS seja submetido à UL 9540A, o Método de Teste Padrão para Avaliação da Propagação de Incêndio Descontrolado Térmico em Sistemas de Armazenamento de Energia de Bateria, se necessário para atender às exceções nos códigos.
• A UL 9540 está atualmente em sua terceira edição.

Comparando ESS com UPS

Funções e dimensão

Um ESS é semelhante em construção a um UPS, mas difere em seu uso. Assim como o UPS, o ESS inclui um mecanismo de armazenamento de energia, como baterias, equipamentos de conversão de energia, por exemplo, inversores e vários outros componentes eletrônicos e controles. Ao contrário da UPS, no entanto, um ESS pode operar em paralelo com a rede, o que resulta numa maior ciclagem do sistema do que uma UPS alguma vez experimentaria. Um ESS pode colaborar interativamente com a rede ou em modo autônomo, ou ambos, dependendo do tipo de sistema de conversão de energia empregado. Um ESS pode até funcionar como funcionalidade UPS. Assim como o UPS, o ESS pode vir em vários tamanhos, desde um pequeno sistema residencial com menos de 20 kWh de energia até aplicações de serviços públicos que usam sistemas de contêineres de energia de vários megawatts com vários racks de baterias dentro do contêiner.

Composição química e segurança

Os produtos químicos de bateria típicos usados ​​em UPS sempre foram baterias de chumbo-ácido ou níquel-cádmio. Ao contrário dos UPS, o BESS utiliza tecnologias como baterias de iões de lítio desde o início porque as baterias de iões de lítio têm melhor desempenho de ciclo e maior densidade de energia, o que pode fornecer mais energia numa pegada física menor. As baterias de íons de lítio também têm requisitos de manutenção muito mais baixos do que as tecnologias de bateria tradicionais. Mas atualmente, as baterias de iões de lítio também são cada vez mais utilizadas em aplicações UPS.

No entanto, um acidente grave no Arizona, em 2019, envolvendo um ESS utilizado em aplicações de serviços públicos resultou em ferimentos graves em vários socorristas e atraiu a atenção de várias partes interessadas, incluindo reguladores e agências de seguros. Para garantir que este campo em crescimento não seja prejudicado por incidentes de segurança evitáveis, é necessário desenvolver especificações e normas adequadas para os ESS. Para incentivar o desenvolvimento de especificações e padrões de segurança apropriados para ESS, o Departamento de Energia dos EUA (DOE) lançou o primeiro fórum anual sobre Segurança e Confiabilidade de ESS em 2015.

O primeiro Fórum ESS do DOE contribuiu para uma grande quantidade de trabalho sobre especificações e padrões de ESS. O mais digno de nota é o desenvolvimento do NEC nº 706 e o ​​desenvolvimento do NFPA 855, um padrão para instalações de sistemas estacionários de armazenamento de energia, que afeta diretamente o padrão para sistemas de baterias estacionárias no ICC IFC e NFPA 1. Hoje, NEC e NFPA 855 têm também foi atualizado para versões 2023.

Status atual dos padrões ESS e UPS

O objetivo de todas as atividades de desenvolvimento de regras e padrões é abordar adequadamente a segurança desses sistemas. Infelizmente, os padrões atuais criaram alguma confusão na indústria.

1.NFPA 855. O documento principal que afeta a instalação de BESS e UPS é a versão 2020 da NFPA 855, Norma para a Instalação de Sistemas Estacionários de Armazenamento de Energia. A NFPA 855 define armazenamento de energia como “um conjunto de um ou mais dispositivos capazes de armazenar energia para fornecimento futuro a cargas elétricas locais, redes de serviços públicos ou suporte de rede”. Esta definição inclui aplicações para UPS e ESS. Além disso, a NFPA 855 e os códigos de incêndio exigem que os ESSs sejam avaliados e certificados de acordo com a UL 9540. No entanto, a UL 1778 sempre foi o padrão tradicional de segurança de produtos para UPS. O sistema foi avaliado de forma independente quanto à conformidade com os requisitos de segurança aplicáveis ​​e suporta uma instalação segura. Portanto, a exigência da UL 9540 causou alguma confusão na indústria.

2.UL 9540A. A UL 9540A exige iniciar no nível da bateria e testar passo a passo até passar no nível de instalação. Estes requisitos fazem com que os sistemas UPS fiquem sujeitos a normas de marketing que não eram exigidas no passado.

3.UL 1973. UL 1973 é o padrão de segurança do sistema de bateria para ESS e UPS. No entanto, a versão UL 1973-2018 não inclui disposições de teste para baterias de chumbo-ácido, o que também representa um desafio para sistemas UPS que utilizam tecnologia de bateria tradicional, como baterias de chumbo-ácido.

Resumo

Atualmente, tanto o NEC (Código Elétrico Nacional) como a NFPA 855 estão esclarecendo essas definições.

• Por exemplo, a versão 2023 da NFPA 855 esclarece que baterias específicas de chumbo-ácido e níquel-cádmio (600 V ou menos) estão listadas na UL 1973.
• Além disso, os sistemas de baterias de chumbo-ácido certificados e marcados de acordo com UL 1778 não precisam ser certificados de acordo com UL 9540 quando usados ​​como fonte de alimentação de reserva.

A fim de resolver o problema da falta de padrões de teste para baterias de chumbo-ácido e níquel-cádmio na UL 1973, o Apêndice H (Avaliar alternativas para baterias de chumbo-ácido ou níquel-cádmio reguladas por válvula ou ventiladas) foi especificamente adicionado ao terceira edição do UL 1973 lançada em fevereiro de 2022.

Estas alterações representam um desenvolvimento positivo para diferenciar os requisitos de instalação segura de UPS e ESS. Outros trabalhos incluem a atualização do Artigo 480 do NEC para melhor atender aos requisitos de instalação para tecnologias diferentes do chumbo-ácido e do níquel-cádmio. Além disso, a norma NFPA 855 precisa de ser atualizada para proporcionar maior clareza sobre os regulamentos de proteção contra incêndio, particularmente no que diz respeito às diversas tecnologias utilizadas em aplicações estacionárias, sejam elas UPS ou ESS.

O autor espera que mudanças contínuas melhorem a segurança da indústria, independentemente de ser utilizado um UPS tradicional ou um ESS. À medida que vemos as soluções de armazenamento de energia proliferarem de forma significativa e rápida, abordar a segurança intrínseca dos produtos é fundamental para desbloquear a inovação em segurança e satisfazer as necessidades da sociedade.